(57)【要約】  三元触媒の劣化の有無の判断は、同触媒に吸蔵される酸素の量の最大値（酸素吸蔵量）に基づいて行われる。こうした三元触媒の劣化の有無の判断を行う際には、酸素吸蔵量が求められるとともに、触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する酸素センサ１８の出力信号の変化の応答性が測定される。そして、測定された応答性が基準値に対し悪化するほど、三元触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量が大きく減量されるよう、その酸素吸蔵量が上記測定された酸素センサ１８の応答性に基づき減量補正される。これにより、三元触媒の劣化の有無の判断に用いられる上記補正後の酸素吸蔵量が酸素センサ１８の上記応答性の悪化に基づき適正な値からずれることは抑制される。そして、上記補正後の酸素吸蔵量に基づき三元触媒の劣化の有無が判断されるため、酸素センサ１８の上記応答性が悪化したとしても、その判断を適正に行うことができる。
2011111156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路における触媒の上流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒上流センサと、
前記排気通路における前記触媒の下流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒下流センサと、
前記触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する前記触媒下流センサから出力される信号の変化の応答性を測定する測定部と、
内燃機関の空燃比を強制的にリッチからリーンまたはリーンからリッチの少なくとも一方に変化させて前記触媒の酸素吸蔵量を算出する算出部と、
前記測定部により測定された応答性に基づき前記算出部により算出された前記酸素吸蔵量を補正する補正部と、
前記補正部により補正された酸素吸蔵量に基づき前記触媒の劣化の有無を判断する判断部と、
を備え、
前記補正部は、前記測定部によって内燃機関の空燃比のリーンからリッチへの変化時の前記応答性と同空燃比のリッチからリーンへの変化時の前記応答性との一方が測定されたとき、その測定された応答性のみに基づいて酸素吸蔵量を補正する
ことを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記算出部は、
内燃機関の空燃比を強制的にリッチからリーンに変化させ、前記触媒上流センサの信号に前記空燃比の変化に対応する変化が生じてから、前記触媒下流センサの信号に前記空燃比の変化に対応する変化が生じたことを判定する判定値に対し前記信号が達するまでの期間中に、前記触媒に吸蔵される酸素の量を算出し、それを酸素吸蔵時に求めた触媒の酸素吸蔵量とするとともに、
内燃機関の空燃比を強制的にリーンからリッチに変化させ、前記触媒上流センサの信号に前記空燃比の変化に対応する変化が生じてから、前記触媒下流センサの信号に前記空燃比の変化に対応する変化が生じたことを判定する判定値に対し前記信号が達するまでの期間中に、前記触媒から脱離される酸素の量を算出し、それを酸素脱離時に求めた触媒の酸素吸蔵量とするものであり、
前記測定部は、
内燃機関の空燃比をリッチからリーンに変化させたときの前記触媒下流センサから出力される信号のリーン側への応答性を測定するとともに、
内燃機関の空燃比をリーンからリッチに変化させたときの前記触媒下流センサから出力される信号のリッチ側への変化の応答性を測定するものであり、
前記補正部は、
前記触媒下流センサのリーン側への応答性が基準値に対し悪化するほど前記酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量を減量側に大きく補正するとともに、
前記触媒下流センサのリッチ側への応答性が基準値に対し悪化するほど前記酸素脱離時に求めた前記酸素吸蔵量を減量側に大きく補正するものであり、
前記判断部は、前記触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との一方のみ測定が完了しているとき、その測定が完了している応答性に基づき補正された酸素吸蔵量と閾値とを比較して前記触媒の劣化の有無を判断する
ことを特徴とする請求項１記載の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記判断部は、前記触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しており、且つ、前記酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量と前記酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量とのうちの一方のみが算出完了しているとき、同算出完了している酸素吸蔵量に対応する前記触媒下流センサの応答性に基づき補正された酸素吸蔵量と前記閾値とを比較して前記触媒の劣化の有無を判断する請求項２記載の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記判断部は、前記触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しており、且つ、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量と酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量との両方とも算出が完了しているとき、前記酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量を前記触媒下流センサのリーン側への応答性に基づき補正した値と前記閾値とを比較するとともに、前記酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量を前記触媒下流センサのリッチ側への応答性に基づき補正した値と前記閾値とを比較し、それらの比較に基づき前記触媒の劣化の有無を判断する請求項３記載の触媒劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される内燃機関においては、排気通路に排気浄化用の触媒が設けられており、同触媒によって排気通路を流れる排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを浄化するようにしている。また、こうした排気中の三成分を効果的に浄化するため、触媒に酸素ストレージ機能を持たせるとともに、内燃機関の燃焼室内における混合気の空燃比を理論空燃比に制御する理論空燃比制御が行われる。【０００３】
ここで、触媒の酸素ストレージ機能とは、同触媒を通過する排気中の酸素濃度に応じて、排気中の酸素を触媒に吸蔵したり、同触媒に吸蔵されている酸素を触媒から脱離させて排気中に放出したりする機能のことである。詳しくは、排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値よりも濃い状態、すなわち燃焼室内の混合気を理論空燃比よりもリーンとなる空燃比で燃焼させた状態にあっては、上述した触媒の酸素ストレージ機能により、その触媒を通過する排気中の酸素が同触媒に吸蔵される。一方、排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値よりも薄い状態、すなわち燃焼室内の混合気を理論空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼させた状態にあっては、上述した触媒の酸素ストレージ機能により、その触媒に吸蔵されている酸素が同触媒から脱離して排気中に放出される。【０００４】
また、上記理論空燃比制御では、排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値と一致するよう、排気中の酸素濃度に応じて内燃機関の燃料噴射量が調整される。こうした理論空燃比制御では、特許文献１に示されるように排気通路における触媒の上流及び下流に設けられた触媒上流センサ及び触媒下流センサが用いられる。なお、触媒上流センサは、排気通路における触媒の上流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する。また、触媒下流センサは、排気通路における触媒の下流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する。【０００５】
これら触媒上流センサ及び触媒下流センサを用いた上記理論空燃比制御では、触媒上流の排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値と一致するよう、触媒上流センサから出力される信号に応じて内燃機関の燃料噴射量が調整される。これにより、内燃機関の燃焼室内における混合気の空燃比がリッチとリーンとの間で変動しながらも理論空燃比に収束するように制御される。ただし、触媒上流センサから出力される信号に応じた燃料噴射量の調整だけでは、同センサの製品ばらつき等に起因して上述したように理論空燃比に収束するようリッチとリーンとの間で変動する内燃機関の空燃比の変動中心が理論空燃比からずれる可能性がある。こうしたずれを補正するため、上記触媒上流センサからの信号に応じた燃料噴射量が調整によってリッチとリーンとの間で変動する内燃機関の空燃比の変動中心が理論空燃比と一致するよう、触媒下流センサから出力される信号に応じた内燃機関の燃料噴射量の調整も行われる。【０００６】
以上のように、触媒に酸素ストレージ機能を持たせるとともに理論空燃比制御を行うことにより、排気中におけるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯといった三成分を効果的に浄化することが可能になる。詳しくは、理論空燃比制御の実行中、燃焼室内の混合気の空燃比が変動してリーンになると、触媒を通過する排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値よりも濃い値となるため、触媒を通過する排気中の酸素が触媒に吸蔵されて同排気中のＮＯｘが還元される。一方、理論空燃比制御の実行中、燃焼室内の混合気の空燃比が変動してリッチになると、触媒を通過する排気中の酸素濃度が燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比とした状態で同混合気を燃焼させたときの値よりも薄い値となるため、触媒に吸蔵されている酸素が同触媒から脱離して同排気中のＨＣ、ＣＯが酸化される。従って、理論空燃比制御の実行中、燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比に収束する過程でリッチとリーンとの間で変動する際、上述したように排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯといった三成分が効果的に浄化される。【０００７】
ところで、触媒においては、その劣化に伴って酸素ストレージ機能が低下するため、同触媒に吸蔵される酸素の量の最大値（以下、単に酸素吸蔵量という）を求め、その酸素吸蔵量に基づき触媒の劣化の有無を判断することが提案されている。こうした触媒の劣化の有無の判断は、例えば以下の手順で実行される。【０００８】
内燃機関の燃焼室で燃焼される混合気の空燃比が図８（ａ）に示されるように強制的にリッチとリーンとの間で変化されると（タイミングｔａ）、それに伴い図８（ｂ）に示されるように触媒上流センサの信号に変化が生じる（ｔｂ）。そして、触媒上流センサの信号の上記変化が生じてから触媒下流センサの信号に上記空燃比の変化に対応する変化が生じるまでの期間中（ｔｂ〜ｔｄ）に、触媒に吸蔵される酸素の量もしくは同触媒から脱離される酸素の量が算出される。なお、触媒下流センサの信号に上記空燃比の変化に対応する変化が生じた旨の判断については、その旨判定するための判定値Ｈに対し上記信号が図８（ｄ）に実線で示されるように到達したことに基づいて行うことが可能である。【０００９】
ちなみに、上記空燃比の強制的な変化がリッチからリーンに向けて行われたとすると、上記期間中（ｔｂ〜ｔｄ）には触媒に酸素が吸蔵されるようになる。そして、上記期間中に触媒に吸蔵される酸素の量が算出され、その算出された酸素の量が触媒の酸素吸蔵量とされる。なお、こうして求められる酸素吸蔵量は、上記間中（ｔｂ〜ｔｄ）において図８（ｃ）に実線で示されるように推移する。一方、上記空燃比の強制的な変化がリーンからリッチに向けて行われたとすると、上記期間中（ｔｂ〜ｔｄ）には触媒から酸素が脱離されるようになる。そして、上記期間中に触媒から脱離される酸素の量が算出され、その算出された酸素の量が触媒の酸素吸蔵量とされる。なお、こうして求められる酸素吸蔵量も、上記期間中（ｔｂ〜ｔｄ）において図８（ｃ）に実線で示されるように推移する。【００１０】
そして、触媒の劣化の有無を判断するため、上記期間（ｔｂ〜ｔｄ）の終了時点で求められた酸素吸蔵量と劣化判定用の閾値との比較が行われる。具体的には、上記酸素吸蔵量が閾値未満であれば、触媒の劣化による酸素ストレージ機能の低下が生じていると判断可能であるため、触媒の劣化ありの旨判断されることとなる。一方、上記酸素吸蔵量が閾値以上であれば、触媒の劣化による酸素ストレージ機能の低下が生じていないと判断可能であるため、触媒の劣化なし（正常）の旨判断されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２４７４５１公報（段落［０００２］、［００１６］、［００２７］、［００３０］、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した触媒の劣化の有無の判断では、その判断に用いるために求められる酸素吸蔵量が、内燃機関の空燃比をリッチとリーンとの間で変化させたときに触媒上流センサの信号の上記空燃比の変化に対応した変化が生じてから、触媒下流センサの信号に上記空燃比の変化に対応した変化が生じるまでの期間の終了時点の値として算出される。このため、上記酸素吸蔵量に関しては、触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する触媒下流センサから出力される信号の応答性の悪化による影響を受けて適正な値からずれるおそれがある。例えば、触媒下流センサの上記応答性の悪化が同センサの信号に図８（ｄ）に実線で示される推移から二点鎖線で示される推移への変化というかたちで現れると、酸素吸蔵量の算出される期間が「ｔｂ〜ｔｄ」から「ｔｂ〜ｔｆ」へと長くなる。その結果、上記期間（ｔｂ〜ｔｆ）の終了時点で求められる酸素吸蔵量が、適正値（タイミングｔｄでの値）に対し図８（ｃ）に二点鎖線で示されるように大きすぎる値（タイミングｔｆでの値）となる。そして、このように適正値からずれた酸素吸蔵量に基づき触媒の劣化の有無が判断されると、その判断に誤りが生じるおそれがある。【００１３】
ちなみに、特許文献１には、触媒下流センサから出力される信号のリーン側への変化の応答性としてリーン応答時間を測定すること、及び、触媒下流センサから出力される信号のリッチ側への変化の応答性としてリッチ応答時間を測定することが開示されている。なお、上記リーン応答時間は、図８に当てはめて考えると、内燃機関の空燃比を強制的にリッチからリーンに変化させたときのタイミングｔｂからタイミングｔｄ（もしくはｔｆ）までの時間に相当する。また、上記リッチ応答時間は、図８に当てはめて考えると、内燃機関の空燃比を強制的にリーンからリッチに変化させたときのタイミングｔｂからタイミングｔｄ（もしくはｔｆ）までの時間に相当する。【００１４】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒下流センサから出力される信号の応答性が悪化したときに、触媒の劣化の有無の判断を適正に行うことのできる触媒劣化検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の触媒劣化検出装置によれば、算出部により、内燃機関の空燃比を強制的にリッチからリーンまたはリーンからリッチの少なくとも一方に変化させて触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量が算出される。このように求められる酸素吸蔵量は、触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する触媒下流センサを利用して算出されるため、同センサからの信号の変化の応答性の悪化から影響を受けて適正な値からずれるおそれがある。このことを考慮して、測定部により、触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する触媒下流センサから出力される信号の変化の応答性が測定される。そして、測定部により内燃機関の空燃比のリーンからリッチへの変化時の触媒下流センサの上記応答性と同空燃比のリッチからリーンへの変化時の触媒下流センサの上記応答性との一方が測定されたとき、その測定された応答性のみに基づき上記算出部により算出された酸素吸蔵量が補正部により補正される。このように酸素吸蔵量を補正することにより、酸素吸蔵量が触媒下流センサの信号の変化の上記応答性の悪化による影響を受けて適正な値からずれることは抑制される。そして、上記補正後の酸素吸蔵量に基づき触媒の劣化の有無が判断部により判断されるため、触媒下流センサから出力される信号の応答性が悪化したとしても、その判断を適正に行うことができる。【００１６】
本発明の一態様では、測定部による触媒下流センサの上記応答性の測定が、具体的には次のように行われる。すなわち、内燃機関の空燃比をリッチからリーンに変化させたときの触媒下流センサから出力される信号のリーン側への応答性が測定されるとともに、内燃機関の空燃比をリーンからリッチに変化させたときの触媒下流センサから出力される信号のリッチ側への応答性が測定される。また、算出部による上記酸素吸蔵量の算出が、具体的には次のように行われる。すなわち、内燃機関の空燃比を強制的にリッチからリーンに変化させたときに触媒に吸蔵される酸素の量が酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量として算出されるとともに、内燃機関の空燃比を強制的にリーンからリッチに変化させたときに触媒から脱離される酸素の量が酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量として算出される。そして、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量は触媒下流センサのリーン側への応答性に基づき補正されるとともに、酸素脱離時に求めた前記酸素吸蔵量は触媒下流センサのリッチ側への応答性に基づき補正される。【００１７】
触媒の劣化の有無を正確に判定するためには、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量の補正後の値、及び酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量の補正後の値に基づき、触媒の劣化の有無を判断することが好ましい。ただし、こうした触媒の劣化の有無の判断を実現しようとすると、その判断の完了までに長い時間がかかることは避けられない。これは、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量の補正に用いられる触媒下流センサのリーン側への応答性と、酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量の補正に用いられる触媒下流センサのリッチ側への応答性とをそれぞれ測定しようとすると、それら両方の測定の完了に長い時間がかかるためである。詳しくは、触媒下流センサにおけるリーン側への応答性の測定とリッチ側への応答性の測定とにおいては、一方の応答性の測定頻度と他方の応答性の測定頻度とが異なる可能性が高い。このことから、触媒下流センサにおけるリーン側への応答性とリッチ側への応答性とのいずれか一方を測定できたとしても他方を測定できないという状況が生じ、そのために応答性の測定を完了するために長い時間がかかるようになる。【００１８】
そして、このことを考慮して、触媒の劣化の有無を速やかに且つ早期に完了すべく、次のように触媒の劣化の有無が判断される。すなわち、触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との一方のみ測定が完了しているとき、その測定が完了している応答性に基づき補正された酸素吸蔵量と閾値とを比較して触媒の劣化の有無が判断される。この場合、触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との一方を測定できれば、その応答性に基づき酸素吸蔵量を補正して同補正後の酸素吸蔵量を用いて触媒の劣化の有無を判断することができる。従って、触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方を測定してから触媒の劣化の有無を判断する場合のように同判断の完了までに長い時間がかかることはなく、その判断を速やかに且つ早期に完了することができるようになる。【００１９】
本発明の一態様では、触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しており、且つ、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量と酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量とのうちの一方のみが算出完了しているときには、判断部により次のように触媒の劣化の有無が判断される。すなわち、算出完了している酸素吸蔵量に対応する触媒下流センサの応答性に基づき補正された酸素吸蔵量を閾値と比較し、その比較に基づいて触媒の劣化の有無が判断される。この場合、触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しているとき、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量と酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量とのうちの一方が算出完了していれば、触媒の劣化の有無を判断することができる。従って、触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しているときにも、触媒の劣化の有無を速やかに判断して同判断を早期に完了することができる。【００２０】
本発明の一態様では、触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しており、且つ、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量と酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量との両方とも算出が完了しているとき、判断部により次のように触媒の劣化の有無が判断される。すなわち、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量を触媒下流センサのリーン側への応答性に基づき補正した値と閾値とが比較されるとともに、酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量を触媒下流センサのリッチ側への応答性に基づき補正した値と閾値とが比較される。そして、それらの比較に基づいて触媒の劣化の有無が判断される。この場合、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量の補正後の値と酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量の補正後の値との両方を用いて触媒の劣化の有無が判断されるため、その判断の結果を正確なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の触媒劣化検出装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】排気中の酸素濃度の変化に対する空燃比センサの出力信号の変化を示すグラフ。
【図３】排気中の酸素濃度の変化に対する酸素センサの出力信号の変化を示すグラフ。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、アクティブ空燃比制御におけるエンジンの空燃比の変化、空燃比センサの出力信号の変化、求められる酸素吸蔵量の変化、及び酸素センサの出力信号の変化を示すタイムチャート。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、アクティブ空燃比制御におけるエンジンの空燃比の変化、空燃比センサの出力信号の変化、求められる酸素吸蔵量の変化、及び酸素センサの出力信号の変化を示すタイムチャート。
【図６】三元触媒の劣化の有無を判断する手順を示すフローチャート。
【図７】三元触媒の劣化の有無を判断する手順を示すフローチャート。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、アクティブ空燃比制御におけるエンジンの空燃比の変化、触媒上流センサの出力信号の変化、求められる酸素吸蔵量の変化、及び触媒下流センサの出力信号の変化の従来例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を自動車用エンジンに適用した一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示されるエンジン１においては、その燃焼室２に繋がる吸気通路３にスロットルバルブ１３が開閉可能に設けられており、吸気通路３を通じて燃焼室２に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁４から噴射された燃料が吸気通路３を介して燃焼室２に供給される。燃焼室２に供給された空気と燃料とからなる混合気は、点火プラグ５による点火が行われて燃焼する。そして、燃焼室２内で混合気が燃焼することにより、ピストン６が往復移動してエンジン１の出力軸であるクランクシャフト７が回転する。
【００２３】
一方、燃焼室２にて燃焼した後の混合気は、排気として燃焼室２から排気通路８に送り出される。排気通路８を通過する排気は、同排気通路８に設けられた触媒コンバータ１６の三元触媒にて排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯxといった有害成分を浄化した後に外部に放出される。この三元触媒は、排気中における上記三成分を効果的に除去するために酸素ストレージ機能を有している。この酸素ストレージ機能を三元触媒に持たせるとともに、触媒雰囲気の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼時の値に収束するよう同混合気の空燃比を理論空燃比に制御する理論空燃比制御を行うことにより、三元触媒にて排気中におけるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯといった三成分を効果的に浄化することができる。
【００２４】
また、排気通路８において、触媒コンバータ１６の上流には排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒上流センサとして空燃比センサ１７が設けられるとともに、触媒コンバータ１６の下流には排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒下流センサとして酸素センサ１８が設けられている。
【００２５】
上記空燃比センサ１７は、図２に示されるように、触媒上流の排気中の酸素濃度に応じたリニアな信号を出力する。
すなわち、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦは、触媒上流の排気中の酸素濃度が薄くなるほど小さくなり、理論空燃比での混合気の燃焼が行われたときには、そのときの排気中の酸素濃度Ｘに対応して例えば「０ｖ」となる。従って、理論空燃比よりもリッチな混合気の燃焼（リッチ燃焼）に起因して触媒上流の排気中の酸素濃度が薄くなるほど、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦが「０ｖ」よりも小さい値になる。また、理論空燃比よりもリーンな混合気の燃焼（リーン燃焼）に起因して触媒上流の排気中の酸素濃度が濃くなるほど、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦが「０ｖ」よりも大きい値になる。
【００２６】
上記酸素センサ１８は、図３に示されるように、触媒下流の排気中の酸素濃度に応じてリッチ信号又はリーン信号を出力する。
すなわち、酸素センサ１８の出力信号ＶＯは、触媒下流の排気中の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼が行われたときの値（酸素濃度Ｘ）であるときには例えば「０．５ｖ」を出力する。そして、リーン燃焼が行われることに起因して触媒下流の排気中の酸素濃度が上述した酸素濃度Ｘよりも濃くなると、酸素センサ１８からは「０．５ｖ」よりも小さい値がリーン信号として出力される。このリーン信号に関しては、触媒下流の排気中の酸素濃度が上記酸素濃度Ｘに対し大きくなる際、その酸素濃度Ｘ付近では酸素濃度の増加に対し「０．５ｖ」から減少側への急速な変化を示す一方、上記酸素濃度Ｘ付近から離れると酸素濃度の増加に対する減少側への変化が緩やかになる。
【００２７】
また、リッチ燃焼が行われることに起因して触媒下流の排気中の酸素濃度が上述した酸素濃度Ｘよりも薄くなると、酸素センサ１８からは「０．５ｖ」よりも大きい値がリッチ信号として出力される。このリッチ信号に関しては、触媒下流の排気中の酸素濃度が上記酸素濃度Ｘに対し小さくなる際、その酸素濃度Ｘ付近では酸素濃度の減少に対し「０．５ｖ」から増大側への急速な変化を示す一方、上記酸素濃度Ｘ付近から離れると酸素濃度の減少に対する増大側への変化が緩やかになる。
【００２８】
次に、本実施形態における触媒劣化検出装置の電気的構成について、図１を参照して説明する。
この空燃比制御装置は、エンジン１に関する各種制御を実行する電子制御装置２１を備えている。電子制御装置２１は、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。
【００２９】
電子制御装置２１の入力ポートには、上記空燃比センサ１７及び上記酸素センサ１８が接続される他、以下に示す各種センサ等が接続されている。
・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダル２７の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ２８。
【００３０】
・吸気通路３に設けられたスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ３０。
・吸気通路３を通じて燃焼室２に吸入される空気の量を検出するエアフローメータ３２。
【００３１】
・吸気通路３内におけるスロットルバルブ１３よりも下流側の圧力（吸気圧）を検出する吸気圧センサ３３。
・クランクシャフト７の回転に対応する信号を出力し、エンジン回転速度の算出等に用いられるクランクポジションセンサ３４。
【００３２】
電子制御装置２１の出力ポートには、燃料噴射弁４、点火プラグ５、及びスロットルバルブ１３の駆動回路等が接続されている。
そして、電子制御装置２１は、上記各種センサから入力した検出信号に基づき、エンジン回転速度やエンジン負荷（エンジン１の１サイクル当たりに燃焼室２に吸入される空気の量）といったエンジン運転状態を把握する。なお、エンジン回転速度はクランクポジションセンサ３４からの検出信号に基づき求められる。また、エンジン負荷は、アクセルポジションセンサ２８、スロットルポジションセンサ３０、及び、エアフローメータ３２等の検出信号に基づき求められるエンジン１の吸入空気量と上記エンジン回転速度とから算出される。電子制御装置２１は、エンジン負荷やエンジン回転速度といったエンジン運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうしてエンジン１における燃料噴射量制御、点火時期制御、及び吸入空気量制御等が電子制御装置２１を通じて実施される。
【００３３】
触媒コンバータ１６の三元触媒でエンジン１の排気を効果的に浄化するための上記理論空燃比制御は、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦ及び酸素センサ１８からの出力信号ＶＯに基づき燃料噴射量を調整することによって実現される。詳しくは、空燃比センサの出力信号ＶＡＦがエンジン１の燃焼室２内の混合気を理論空燃比で燃焼させたときの値（この例では「０ｖ」）と一致するよう、同出力信号ＶＡＦに基づきエンジン１の燃料噴射量を増減させる。これにより、エンジン１の燃焼室２内における混合気の空燃比がリッチとリーンとの間で変動しながらも理論空燃比に収束するように制御される。ただし、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに応じた燃料噴射量の調整だけでは、同空燃比センサ１７の製品ばらつき等に起因して上述したように理論空燃比に収束するようリッチとリーンとの間で変動するエンジン１の空燃比の変動中心が理論空燃比からずれる可能性がある。こうしたずれを補正するため、上記空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに応じた燃料噴射量の調整によってリッチとリーンとの間で変動するエンジン１の空燃比の変動中心が理論空燃比と一致するよう、酸素センサ１８から出力される信号に応じたエンジン１の燃料噴射量の調整も行われる。
【００３４】
次に、本実施形態における触媒コンバータ１６の三元触媒に対して行われるその劣化の有無の判断の概要を説明する。
三元触媒における劣化の有無の判断は、その劣化に伴い同触媒の酸素ストレージ機能が低下することを利用して行われる。すなわち、三元触媒の酸素ストレージ機能によって決まる同触媒に吸蔵される酸素の量の最大値（以下、酸素吸蔵量という）が求められ、その求められた酸素吸蔵量に基づき同触媒の劣化の有無が判断される。
【００３５】
上記酸素吸蔵量を求める際には、エンジン１における燃焼室２内の混合気の空燃比を所定タイミング毎に強制的にリッチとリーンとの間で切り換えるアクティブ空燃比制御が行われる。こうしたアクティブ空燃比制御により、エンジン１の空燃比がリッチとリーンとの間で切り換えられると、それに対応した変化が空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに生じる。そして、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦの上記変化が生じてから酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比の変化に対応する変化が生じるまでの期間中に、三元触媒に吸蔵される酸素の量もしくは同触媒から脱離される酸素の量が算出される。ちなみに、上記空燃比の強制的な変化がリッチからリーンに向けて行われたとすると、上記期間中には三元触媒に酸素が吸蔵されるようになる。そして、上記期間中に三元触媒に吸蔵される酸素の量が算出され、その算出された酸素の量が触媒の酸素吸蔵量とされる。一方、上記空燃比の強制的な変化がリーンからリッチに向けて行われたとすると、上記期間中には三元触媒から酸素が脱離されるようになる。そして、上記期間中に三元触媒から脱離される酸素の量が算出され、その算出された酸素の量が触媒の酸素吸蔵量とされる。
【００３６】
そして、三元触媒の劣化の有無を判断するため、上記期間の終了時点で求められた酸素吸蔵量と劣化判定用の閾値とを比較することが考えられる。なお、三元触媒の劣化の有無を判断するための酸素吸蔵量としては、上記空燃比をリッチからリーンに変化させることで求められる値（酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量ＯＳＣ１）と、上記空燃比をリーンからリッチに変化させることで求められる値（酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量ＯＳＣ２）とのうち、少なくとも一方を用いることができる。以上のようにして求められた劣化判断用の酸素吸蔵量が上記閾値未満であれば、三元触媒の劣化による酸素ストレージ機能の低下が生じていると判断可能であるため、同触媒の劣化ありの旨判断することが考えられる。一方、上記酸素吸蔵量が閾値以上であれば、三元触媒の劣化による酸素ストレージ機能の低下が生じていないと判断可能であるため、同触媒の劣化なし（正常）の旨判断することが考えられる。
【００３７】
こうした三元触媒の劣化の有無の判断に関しては、エンジン１の運転開始から運転終了までの間に少なくとも一回は行うことが好ましい。なお、三元触媒の劣化の有無の判断が完了すると、その判断に用いるべく求められた酸素吸蔵量は「０」にリセットされることとなる。
【００３８】
ここで、上記アクティブ空燃比制御の実行中における酸素吸蔵量の算出について、図４及び図５を参照して詳しく説明する。
上記アクティブ空燃比制御に関しては、エンジン１の始動開始後に一度も三元触媒の劣化の有無の判断が完了していないこと、予め定められた劣化判定用のエンジン運転領域内にてエンジン１が定常運転中であること、三元触媒の温度が活性温度領域にあること、といった各種の実行条件すべての成立をもって開始される。また、アクティブ空燃比制御の実行中において、上述した各種の実行条件のいずれか一つでも不成立になった場合や、同制御の実行目的である各種の値の算出及び測定が完了した場合には、実行中の同制御が停止されることとなる。
【００３９】
アクティブ空燃比制御において、エンジン１の空燃比が図４（ａ）のタイミングｔ１にて強制的にリッチからリーンに変えられると、その変化に対応して空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦが図４（ｂ）に示されるように増大する（ｔ２）。図中のタイミングｔ２以降では、上記空燃比のリーン側への変化に対応して酸素濃度の濃い排気が三元触媒を通過するようになる。しかし、上記排気中の酸素が三元触媒に吸蔵されることから、その吸蔵が行われている間は、触媒下流の排気中の酸素濃度が薄いままとなるため、図４（ｄ）に実線で示されるように酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリーン側への変化に対応する変化は生じない。そして、三元触媒に酸素を吸蔵しきれなくなって触媒下流に酸素濃度の濃い排気が流れるようになると、酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリーン側への変化に対応する変化が生じる。なお、酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリーン側への変化に対応する変化が生じた旨の判断については、その旨判断するためのリーン判定値ＨＬに対し上記出力信号ＶＯが到達したことに基づいて行うことが可能である。出力信号ＶＯが上述したようにリーン判定値ＨＬに到達すると（ｔ３）、エンジン１の空燃比が強制的にリーンからリッチに切り換えられる。
【００４０】
空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに上記空燃比のリッチからリーンへの変化が生じてから酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比の変化に対応する変化が生じるまでの期間中（ｔ２〜ｔ３）に、同触媒に吸蔵される酸素の量の合計値は、三元触媒に吸蔵される酸素の量の最大値（酸素吸蔵量）を表すものとなる。この酸素吸蔵量が上記期間中（ｔ２〜ｔ３）に次のようにして求められる。すなわち、上記期間中（ｔ２〜ｔ３）、微小時間毎に三元触媒に吸蔵される酸素の量として、酸素吸蔵量ΔＯＳＣが次の式（１）に基づき算出される。
【００４１】
ΔＯＳＣ＝（ΔＡ／Ｆ）・Ｑ・Ｋ      …（１）
ΔＯＳＣ：微小時間毎の酸素吸蔵量
ΔＡ／Ｆ：空燃比差
Ｑ      ：燃料噴射量
Ｋ      ：酸素割合
式（１）の空燃比差ΔＡ／Ｆは、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦから求められる空燃比から理論空燃比を減算した値の絶対値を表している。また、式（１）の燃料噴射量Ｑは、空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに基づき求められる上記空燃比の原因となったエンジン１の燃料噴射量、すなわち燃料噴射弁４から噴射された燃料の量を表している。更に、式（１）の酸素割合Ｋは空気中に含まれる酸素の割合を表している。なお。ここでは酸素割合Ｋとして例えば「０．２３」という固定値が用いられている。そして、上記式（１）に基づき算出される微小時間毎の酸素吸蔵量ΔＯＳＣは上記期間（ｔ２〜ｔ３）に亘って積分され、同積分により得られる値が三元触媒に吸蔵された酸素の量として求められる。このため、上記期間（ｔ２〜ｔ３）の終了時点で上記積分により求められた値は、三元触媒に吸蔵可能な酸素の量の最大値（酸素吸蔵量）となる。こうして求められた酸素吸蔵量は、三元触媒の酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量ＯＳＣ１ということになる。
【００４２】
アクティブ空燃比制御において、エンジン１の空燃比が図５（ａ）のタイミングｔ５にて強制的にリーンからリッチに変えられると、その変化に対応して空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦが図５（ｂ）に示されるように減少する（ｔ６）。なお、上記空燃比のリーンからリッチへの切り換えは、例えば、上述したように酸素センサ１８の出力信号ＶＯがリーン判定値ＨＬに到達した時点（図４のｔ３）で行われる。図５のタイミングｔ５以降では、上記空燃比のリッチ側への変化に対応して酸素濃度の薄い排気が三元触媒を通過するようになる。しかし、三元触媒に吸蔵されていた酸素が脱離して排気中に放出されることから、同触媒からの酸素の脱離が行われている間は、触媒下流の排気中の酸素濃度が濃いままとなるため、図５（ｄ）に実線で示されるように酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリッチ側への変化に対応する変化は生じない。そして、三元触媒に吸蔵されていた酸素が尽きて排気への酸素の放出ができなくなり、それによって触媒下流に酸素濃度の薄い排気が流れるようになると、酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリッチ側への変化に対応する変化が生じる。なお、酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比のリッチ側への変化に対応する変化が生じた旨の判断については、その旨判断するためのリッチ判定値ＨＲに対し上記出力信号ＶＯが到達したことに基づいて行うことが可能である。出力信号ＶＯが上述したようにリッチ判定値ＨＲに到達すると（ｔ７）、エンジン１の空燃比が強制的にリッチからリーンに切り換えられる。
【００４３】
空燃比センサ１７の出力信号ＶＡＦに上記空燃比のリーンからリッチへの変化が生じてから酸素センサ１８の出力信号ＶＯに上記空燃比の変化に対応する変化が生じるまでの期間中（ｔ６〜ｔ７）に、同触媒から脱離される酸素の量の合計値は、三元触媒に吸蔵されている酸素の量の最大値（酸素吸蔵量）を表すものとなる。この酸素吸蔵量が上記期間中（ｔ６〜ｔ７）に図４の「ｔ２〜ｔ３」の期間中と同様の手法を用いて求められる。すなわち、上記期間中（ｔ６〜ｔ７）、微小時間毎に三元触媒に吸蔵される酸素の量として、酸素吸蔵量ΔＯＳＣが上記式（１）に基づき算出される。更に、式（１）に基づき算出される微小時間毎の酸素吸蔵量ΔＯＳＣは上記期間（ｔ６〜ｔ７）に亘って積分され、同積分により得られる値が三元触媒から脱離した酸素の量として求められる。このため、上記期間（ｔ６〜ｔ７）の終了時点で上記積分により求められた値は、三元触媒に吸蔵可能な酸素の量の最大値（酸素吸蔵量）となる。こうして求められた酸素吸蔵量は、三元触媒の酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量ＯＳＣ２ということになる。
【００４４】
なお、アクティブ空燃比制御に関しては、三元触媒の劣化の有無の判定に必要な酸素吸蔵量が求められた後に終了される。すなわち、三元触媒の劣化の有無の判定に必要な酸素吸蔵量が上記酸素吸蔵量ＯＳＣ１と上記酸素吸蔵量ＯＳＣ２とのいずれか一方である場合には、その酸素吸蔵量が求められた後にアクティブ空燃比制御が終了される。また、三元触媒の劣化の有無の判定に必要な酸素吸蔵量が上記酸素吸蔵量ＯＳＣ１と上記酸素吸蔵量ＯＳＣ２との両方である場合には、それら酸素吸蔵量が求められた後にアクティブ空燃比制御が終了される。
【００４５】
ところで、酸素吸蔵量に基づく三元触媒の劣化の有無の判断では、求められる酸素吸蔵量が触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する酸素センサ１８の出力信号ＶＯの変化の応答性の悪化による影響を受けて適正な値からずれるおそれがある。
【００４６】
例えば、酸素センサ１８の上記応答性の悪化が同センサ１８の出力信号ＶＯに、図４（ｄ）に実線で示される推移から二点鎖線Ｌ１で示される推移への変化というかたちで現れると、酸素吸蔵量の算出される期間が「ｔ２〜ｔ３」から「ｔ２〜ｔ４」へと長くなる。その結果、上記期間（ｔ２〜ｔ４）の終了時点で求められる酸素吸蔵量ＯＳＣ１が、適正値（タイミングｔ３での値）に対し図４（ｃ）に二点鎖線で示されるように大きすぎる値（タイミングｔ４での値）となる。また、酸素センサ１８の上記応答性の悪化が同センサ１８の出力信号ＶＯに、図５（ｄ）に実線で示される推移から二点鎖線Ｌ４で示される推移への変化というかたちで現れると、酸素吸蔵量の算出される期間が「ｔ６〜ｔ７」から「ｔ６〜ｔ８」へと長くなる。その結果、上記期間（ｔ６〜ｔ８）の終了時点で求められる酸素吸蔵量ＯＳＣ２が、適正値（タイミングｔ７での値）に対し図５（ｃ）に二点鎖線で示されるように大きすぎる値（タイミングｔ８での値）となる。以上のように、適正値からずれた値となる酸素吸蔵量を用いて三元触媒の劣化の有無が判断されると、その判断に誤りが生じるおそれがある。
【００４７】
そこで本実施形態では、触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する酸素センサ１８の出力信号ＶＯの変化の応答性を測定する。そして、エンジン１の空燃比のリーンからリッチへの変化時の酸素センサ１８の上記応答性と同空燃比のリッチからリーンへの変化時の酸素センサ１８の上記応答性との少なくとも一方が測定されたとき、三元触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量を上記測定された応答性に基づき補正する。詳しくは、測定された応答性が基準値に対し悪化するほど、三元触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量が大きく減量されるよう、その酸素吸蔵量を上記応答性に基づき直接的に減量補正する。これにより、三元触媒の劣化の有無の判断に用いられる上記補正後の酸素吸蔵量が酸素センサ１８の上記応答性の悪化に基づき適正な値からずれることは抑制される。そして、上記補正後の酸素吸蔵量に基づき三元触媒の劣化の有無が判断されるため、酸素センサ１８の上記応答性が悪化したとしても、その判断を適正に行うことができる。なお、測定された酸素センサ１８の上記応答性に関しては、上記補正後の酸素吸蔵量に基づく三元触媒の劣化の有無の判断が完了した後、クリアされることとなる。
【００４８】
酸素センサ１８の上記応答性の測定に関しては、具体的には以下のように行うことが考えられる。すなわち、エンジン１の空燃比がリッチとリーンとの間で変化する際、その変化に対応する変化が酸素センサ１８の出力信号ＶＯに生じるとき、その出力信号ＶＯが変化開始してからリーン判定値ＨＬもしくはリッチ判定値ＨＲに至るまでの応答時間を上記応答性に対応する値として測定する。このように測定される上記応答時間は、酸素センサ１８の上記応答性の悪化に伴い大きい値となる。この場合、上記応答時間が酸素センサ１８の応答性の悪化なしのときの値（上記基準値に相当）に対し大きくなるほど、三元触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量が減量側に大きく補正されることとなる。
【００４９】
次に、三元触媒の劣化の有無を判断する詳細な手順について、触媒劣化検出ルーチンを示す図６及び図７のフローチャートを参照して詳しく説明する。この触媒劣化検出ルーチンは、電子制御装置２１を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００５０】
同ルーチンにおいては、まず酸素センサ１８の応答性を測定する処理（Ｓ１０１、Ｓ１０２：図６）、及び酸素吸蔵量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２を算出する処理（Ｓ１０３、Ｓ１０４）が実行される。なお、電子制御装置２１は、酸素センサ１８の応答性を測定する上記処理を実施するときには測定部として機能し、酸素吸蔵量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２を算出する上記処理を実施するときには算出部として機能する。
【００５１】
三元触媒の劣化の有無を正確に判断するためには、その判断に用いられる酸素吸蔵量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２を、それぞれ次のように酸素センサ１８の応答性に応じて補正することが好ましい。すなわち、酸素吸蔵量ＯＳＣ１（酸素吸蔵時に求めた値）を酸素センサ１８の出力信号ＶＯにおけるリーン側への変化の応答性に基づき補正するとともに、酸素吸蔵量ＯＳＣ２（酸素脱離時に求めた値）を酸素センサ１８の出力信号ＶＯにおけるリッチ側への変化の応答性に基づき補正する。そして、このように補正された酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との両方に基づき三元触媒の劣化の有無を判断することが、その判断を正確なものとするうえで好ましい。
【００５２】
このため、酸素センサ１８の応答性を測定する処理（Ｓ１０１、Ｓ１０２）では、酸素センサ１８の出力信号ＶＯにおけるリーン側への変化の応答性とリッチ側への変化の応答性との両方の測定が行われる。具体的には、Ｓ１０１の処理において、酸素センサ１８の上記リーン側への応答性や上記リッチ側への応答性の測定が未完であるか否かが判断される。ここで肯定判定であれば、上記リーン側への応答性と上記リッチ側への応答性との少なくとも一方が測定完了していない旨判断され、それら応答性のうち測定完了していない応答性の測定を行うための測定処理（Ｓ１０２）が実行される。
【００５３】
このＳ１０２の測定処理では、酸素センサ１８の上記応答性の測定を目的として、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立したときに同制御を実行する。そして、アクティブ空燃比制御において、エンジン１の空燃比がリッチからリーンに強制的に切り換えられたときに酸素センサ１８の上記リーン側への応答性が測定されるとともに、エンジン１の空燃比がリーンからリッチに強制的に切り換えられたときに酸素センサ１８の上記リッチ側への応答性が測定される。また、上記アクティブ空燃比制御の実行時だけでなく、可能な機会をとらえて酸素センサ１８の上記応答性の測定を行うようにすれば、その測定を早期に完了することができるようになる。アクティブ空燃比の実行時以外で上記応答性の測定を行うことの可能な機会としては、例えばエンジン１のフューエルカット制御にて燃料噴射弁４からの燃料噴射が停止されてエンジン１の空燃比がリッチからリーンに変わるときがあげられる。なお、上記フューエルカット制御での燃料噴射の停止は、アクティブ空燃比制御の実行条件の成立に伴う同制御の実行と比較して、高い頻度で実行されることとなる。Ｓ１０２の処理では、こうしたフューエルカット制御での燃料噴射の停止に伴いエンジン１の空燃比がリッチからリーンに変化する際にも、酸素センサ１８の上記リーン側への応答性が測定される。
【００５４】
上述した酸素センサ１８の応答性を測定する処理（Ｓ１０１、Ｓ１０２）が実行されると、続いて酸素吸蔵量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２を算出する処理（Ｓ１０３、Ｓ１０４）が実行される。すなわち、まずＳ１０３の処理において、酸素吸蔵量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２が両方とも算出されているか否かが判断される。ここで否定判定であれば、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２とのうち、算出されていない酸素吸蔵量の算出を行うための算出処理（Ｓ１０４）が実行される。
【００５５】
このＳ１０４の算出処理では、酸素吸蔵量ＯＳＣ１，ＯＳＣ２の算出を目的として、アクティブ空燃比制御の実行条件が成立したときに同制御を実行する。そして、アクティブ空燃比制御において、エンジン１の空燃比がリッチからリーンに強制的に切り換えられたとき、上記酸素吸蔵量ＯＳＣ１が三元触媒の酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量として算出される。また、アクティブ空燃比制御において、エンジン１の空燃比がリーンからリッチに強制的に切り換えられたとき、上記酸素吸蔵量ＯＳＣ２が三元触媒の酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量として算出される。
【００５６】
三元触媒の劣化の有無を正確に判断するためには、酸素センサ１８の上記リーン側への応答性に基づき補正した酸素吸蔵量ＯＳＣ１と、酸素センサ１８の上記リッチ側への応答性に基づき補正した酸素吸蔵量ＯＳＣ２との両方に基づき、三元触媒の劣化の有無を判断することが好ましいことは、上述したとおりである。ただし、こうした三元触媒の劣化の有無の判断を実現しようとすると、その判断の完了までに長い時間がかかることは避けられない。これは、酸素吸蔵量ＯＳＣ１の補正に用いられる酸素センサ１８の上記リーン側への応答性と、酸素吸蔵量ＯＳＣ２の補正に用いられる酸素センサ１８の上記リッチ側への応答性とをそれぞれ測定しようとすると、それら両方の測定の完了に長い時間がかかるためである。
【００５７】
詳しくは、酸素センサ１８における上記リーン側への応答性の測定と上記リッチ側への応答性の測定とにおいては、一方の応答性の測定頻度と他方の応答性の測定頻度とが異なる可能性が高い。このことから、酸素センサ１８における上記リーン側への応答性と上記リッチ側への応答性とのいずれか一方を測定できたとしても他方を測定できないという状況が生じ、そのために応答性の測定を完了するために長い時間がかかるようになる。なお、本実施形態では、酸素センサ１８の上記リーン側への応答性の測定が早期に完了しても、酸素センサ１８の上記リッチ側への応答性の測定を完了できない、という状況が生じる可能性が高い。これは、上記リーン側への応答性と上記リッチ側への応答性の測定との両方を行うことの可能なアクティブ空燃比制御の実行頻度が比較的低いのに対し、上記リーン側への応答性の測定のみを行うことの可能な上記フューエルカット制御での燃料噴射の停止が高い頻度で実行されるためである。
【００５８】
触媒劣化検出ルーチンにおいては、以上のような実情に鑑み、三元触媒の劣化の有無の判断を速やかに完了すべくＳ１０５（図７）以降の処理が実行される。この一連の処理では、まず酸素センサ１８の上記リーン側への応答性と上記リッチ側への応答性との一方のみが測定完了しているか否かが判断される（Ｓ１０５）。ここで肯定判定であれば、測定完了している酸素センサ１８の上記応答性に対応した酸素吸蔵量（ＯＳＣ１もしくはＯＳＣ２）の算出が完了しているか否かが判断される（Ｓ１０６）。そして、ここでも肯定判定であれば、早期に三元触媒の劣化の有無の判断を完了することを意図して同判断を行う早期判定処理が実行される（Ｓ１０７）。
【００５９】
この早期判定処理（Ｓ１０７）では、酸素センサ１８の上記リーン側への応答性と上記リッチ側への応答性とのうち、測定が完了している応答性に基づき同応答性に対応した酸素吸蔵量が補正される。そして、補正後の酸素吸蔵量と予め定められた閾値とを比較して三元触媒の劣化の有無が判断される。詳しくは、上記補正後の酸素吸蔵量が閾値未満であるときには三元触媒の劣化あり（異常）の旨判断される一方、上記補正後の酸素吸蔵量が閾値以上であるときには三元触媒の劣化なし（正常）の旨判断される。この場合、酸素センサ１８のリーン側への応答性とリッチ側への応答性との一方を測定できれば、その応答性に基づき酸素吸蔵量を補正して同補正後の酸素吸蔵量を用いて三元触媒の劣化の有無を判断することができる。従って、酸素センサ１８のリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方を測定してから三元触媒の劣化の有無を判断する場合のように同判断の完了までに長い時間がかかることはなく、その判断を速やかに且つ早期に完了することができるようになる。
【００６０】
一方、Ｓ１０５で否定判定がなされると、酸素センサ１８の上記リーン側への応答性と上記リッチ側への応答性との両方とも測定が完了しているか否かが判断される（Ｓ１０８）。そして、これら両方の応答性の測定が完了していることに基づき肯定判定がなされると、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との両方の算出が完了しているか否かが判断される（Ｓ１０９）。ここで否定判定であれば、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との一方の算出が完了しているか否かが判断される（Ｓ１１０）。そして、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との一方の算出が完了しており、Ｓ１１０の処理で肯定判定がなされた場合には、上記早期判定処理（Ｓ１０７）が実行される。ここでは、算出の完了した酸素吸蔵量（ＯＳＣ１もしくはＯＳＣ２）が、それに対応した酸素センサ１８の上記応答性に基づき補正される。そして、補正後の酸素吸蔵量と閾値との比較に基づき、上記と同様に三元触媒の劣化の有無が判断される。
【００６１】
また、上記Ｓ１０９の処理において、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との両方の算出が完了していることに基づき肯定判定がなされると、三元触媒の劣化の有無の判断を正確なものとすることを意図して同判断を行う通常判定処理が実行される（Ｓ１１１）。この通常判定処理（Ｓ１１１）では、酸素センサ１８の上記リーン側への応答性に基づき酸素吸蔵量ＯＳＣ１を補正するとともに、酸素センサ１８の上記リッチ側への応答性に基づき酸素吸蔵量ＯＳＣ２を補正する。そして、上記補正後の酸素吸蔵量ＯＳＣ１と上記補正後の酸素吸蔵量ＯＳＣ２との両方を用いて三元触媒の劣化の有無の判断が実行される。
【００６２】
詳しくは、上記補正後の酸素吸蔵量ＯＳＣ１と閾値との比較が行われるとともに、上記補正後の酸素吸蔵量ＯＳＣ２と閾値との比較が行われる。そして、上記補正後の酸素吸蔵量ＯＳＣ１が閾値未満であるか、或いは上記補正後の酸素吸蔵量ＯＳＣ２が閾値未満である場合には、三元触媒の劣化ありの旨判断される。また、上記補正後の酸素吸蔵量ＯＳＣ１が閾値以上であり、且つ上記補正後の酸素吸蔵量ＯＳＣ２が閾値以上であることに基づき、三元触媒の劣化なし（正常）の旨判断される。以上のように、三元触媒の劣化の有無の判断を行うことにより、その判断を結果を正確なものとすることができる。
【００６３】
なお、上述した早期判定処理及び通常判定処理を実施する電子制御装置２１は補正部及び判断部として機能する。
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
【００６４】
（１）三元触媒の劣化の有無の判断は、同触媒に吸蔵される酸素の量の最大値（酸素吸蔵量）に基づいて行われる。こうした三元触媒の劣化の有無の判断を行う際には、上記酸素吸蔵量が求められるとともに、触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する酸素センサ１８の出力信号ＶＯの変化の応答性が測定される。そして、エンジン１の空燃比のリーンからリッチへの変化時の酸素センサ１８の上記応答性と同空燃比のリッチからリーンへの変化時の酸素センサ１８の上記応答性との少なくとも一方が測定されたとき、三元触媒の劣化の有無の判断に用いられる酸素吸蔵量が上記測定された応答性に基づき補正される。詳しくは、測定された応答性が基準値に対し悪化するほど、三元触媒の劣化の有無の判断に用いられる上記酸素吸蔵量が大きく減量されるよう、その酸素吸蔵量が上記測定された酸素センサ１８の応答性に基づき減量補正される。これにより、三元触媒の劣化の有無の判断に用いられる上記補正後の酸素吸蔵量が酸素センサ１８の上記応答性の悪化に基づき適正な値からずれることは抑制される。そして、上記補正後の酸素吸蔵量に基づき三元触媒の劣化の有無が判断されるため、酸素センサ１８の上記応答性が悪化したとしても、その判断を適正に行うことができる。
【００６５】
（２）酸素センサ１８における上記リーン側への応答性と上記リッチ側への応答性との一方のみが測定完了しているときには、三元触媒の劣化の有無の判断を早期に完了できるよう早期判定処理が実施される。この早期判定処理では、酸素センサ１８の上記リーン側への応答性と上記リッチ側への応答性とのうち、測定が完了している応答性に基づき同応答性に対応した酸素吸蔵量が補正される。そして、補正後の酸素吸蔵量と予め定められた閾値とを比較して三元触媒の劣化の有無が判断される。この場合、酸素センサ１８のリーン側への応答性とリッチ側への応答性との一方を測定できれば、その応答性に基づき酸素吸蔵量を補正して同補正後の酸素吸蔵量を用いて三元触媒の劣化の有無を判断することができる。従って、酸素センサ１８のリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方を測定してから三元触媒の劣化の有無を判断する場合のように同判断の完了までに長い時間がかかることはなく、その判断を速やかに且つ早期に完了することが可能になる。
【００６６】
（３）酸素センサ１８のリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しており、且つ、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２とのうちの一方のみが算出完了しているときにも、上記早期判定処理が実行される。すなわち、算出完了している酸素吸蔵量（ＯＳＣ１もしくはＯＳＣ２）に対応する酸素センサ１８の上記応答性に基づき補正された酸素吸蔵量を閾値と比較し、その比較に基づいて三元触媒の劣化の有無が判断される。この場合、酸素センサ１８のリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しているとき、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２とのうちの一方が算出完了していれば、三元触媒の劣化の有無を判断することができる。従って、酸素センサ１８のリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方の測定が完了しているときにも、三元触媒の劣化の有無を速やかに判断して同判断を早期に完了することができる。
【００６７】
（４）酸素センサ１８のリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しており、且つ、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との両方が算出完了しているときには、上記通常判定処理が実行される。すなわち、酸素吸蔵量ＯＳＣ１を酸素センサ１８のリーン側への応答性に基づき補正した値と閾値とが比較されるとともに、酸素吸蔵量ＯＳＣ２を酸素センサ１８のリッチ側への応答性に基づき補正した値と閾値とが比較される。そして、それらの比較に基づいて三元触媒の劣化の有無が判断される。この場合、酸素吸蔵量ＯＳＣ１の補正後の値と酸素吸蔵量ＯＳＣ２の補正後の値との両方を用いて三元触媒の劣化の有無が判断されるため、その判断の結果を正確なものとすることができるようになる。
【００６８】
（５）上記通常判定処理においては、酸素吸蔵量ＯＳＣ１の補正後の値が閾値以上であり、且つ酸素吸蔵量ＯＳＣ２の補正後の値が閾値以上であることに基づき、三元触媒の劣化なし（正常）の旨判断される。一方で、酸素吸蔵量ＯＳＣ１の補正後の値が閾値未満であるか、或いは酸素吸蔵量ＯＳＣ２の補正後の値が閾値未満である場合には、三元触媒の劣化ありの旨判断される。このように三元触媒の劣化ありの旨の判断を厳しく行うことで、実際に三元触媒に劣化が生じたときにはその旨の判断を直ちに行うことができるようになる。
【００６９】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・上記通常判定処理において、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との一方が閾値未満であって他方が閾値以上である場合に三元触媒の劣化の有無の判断を保留とし、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との両方ともが閾値未満である場合に三元触媒の劣化ありの旨判断してもよい。
【００７０】
・上記通常判定処理において、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との少なくとも一方が閾値以上である場合に三元触媒の劣化なしの旨判断し、酸素吸蔵量ＯＳＣ１と酸素吸蔵量ＯＳＣ２との両方ともが閾値未満である場合に三元触媒の劣化ありの旨判断してもよい。
【００７１】
・触媒劣化検出ルーチンにおける図８のＳ１１１の処理（通常判定処理）を省略してもよい。
・触媒劣化検出ルーチンにおける図８のＳ１１０の処理を省略してもよい。
【００７２】
・上記Ｓ１１１の処理とＳ１１０との処理との両方を省略してもよい。この場合、図７のＳ１０８及びＳ１０９の処理も不要となるため、これらの処理も省略される。
・触媒下流センサとして酸素センサ１８の代わりに空燃比センサを設けてもよい。
【００７３】
・触媒上流センサとして空燃比センサ１７の代わりに酸素センサを設けてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１…エンジン、２…燃焼室、３…吸気通路、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…ピストン、７…クランクシャフト、８…排気通路、１３…スロットルバルブ、１６…触媒コンバータ、１７…空燃比センサ、１８…酸素センサ、２１…電子制御装置、２７…アクセルペダル、２８…アクセルポジションセンサ、３０…スロットルポジションセンサ、３２…エアフローメータ、３３…吸気圧センサ、３４…クランクポジションセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月2日(2011.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路における触媒の上流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒上流センサと、
前記排気通路における前記触媒の下流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒下流センサと、
前記触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する前記触媒下流センサから出力される信号の変化の応答性を測定する測定部と、
内燃機関の空燃比を強制的にリッチからリーンまたはリーンからリッチの少なくとも一方に変化させて前記触媒の酸素吸蔵量の最大値を算出する算出部と、
前記測定部により測定された応答性が基準値に対し悪化するほど前記算出部により算出された前記酸素吸蔵量の最大値を減量側に大きく補正する補正部と、
前記補正部により補正された酸素吸蔵量の最大値に基づき前記触媒の劣化の有無を判断する判断部と、
を備え、
前記補正部は、前記測定部によって内燃機関の空燃比のリーンからリッチへの変化時の前記応答性と同空燃比のリッチからリーンへの変化時の前記応答性との一方が測定されたとき、その測定された応答性のみに基づいて酸素吸蔵量の最大値を補正する
ことを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路における触媒の上流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒上流センサと、
前記排気通路における前記触媒の下流に設けられて排気中の酸素濃度に基づく信号を出力する触媒下流センサと、
前記触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する前記触媒下流センサから出力される信号の変化の応答性を測定する測定部と、
内燃機関の空燃比を強制的にリッチからリーンまたはリーンからリッチの少なくとも一方に変化させて前記触媒の酸素吸蔵量を算出する算出部と、
前記測定部により測定された応答性に基づき前記算出部により算出された前記酸素吸蔵量を補正する補正部と、
前記補正部により補正された酸素吸蔵量に基づき前記触媒の劣化の有無を判断する判断部と、
を備え、
前記測定部は、
内燃機関の空燃比をリッチからリーンに変化させたときの前記触媒下流センサから出力される信号のリーン側への応答性を測定するとともに、
内燃機関の空燃比をリーンからリッチに変化させたときの前記触媒下流センサから出力される信号のリッチ側への変化の応答性を測定するものであり、
前記算出部は、
内燃機関の空燃比を強制的にリッチからリーンに変化させ、前記触媒上流センサの信号に前記空燃比の変化に対応する変化が生じてから、前記触媒下流センサの信号に前記空燃比の変化に対応する変化が生じたことを判定する判定値に対し前記信号が達するまでの期間中に、前記触媒に吸蔵される酸素の量を算出し、それを酸素吸蔵時に求めた触媒の酸素吸蔵量とするとともに、
内燃機関の空燃比を強制的にリーンからリッチに変化させ、前記触媒上流センサの信号に前記空燃比の変化に対応する変化が生じてから、前記触媒下流センサの信号に前記空燃比の変化に対応する変化が生じたことを判定する判定値に対し前記信号が達するまでの期間中に、前記触媒から脱離される酸素の量を算出し、それを酸素脱離時に求めた触媒の酸素吸蔵量とするものであり、
前記補正部は、
前記測定部によって内燃機関の空燃比のリーンからリッチへの変化時の前記応答性と同空燃比のリッチからリーンへの変化時の前記応答性との一方が測定されたとき、その測定された応答性のみに基づいて酸素吸蔵量を補正するものであって、
前記触媒下流センサのリーン側への応答性が基準値に対し悪化するほど前記酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量を減量側に大きく補正するとともに、
前記触媒下流センサのリッチ側への応答性が基準値に対し悪化するほど前記酸素脱離時に求めた前記酸素吸蔵量を減量側に大きく補正するものであり、
前記判断部は、前記触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との一方のみ測定が完了しているとき、その測定が完了している応答性に基づき補正された酸素吸蔵量と閾値とを比較して前記触媒の劣化の有無を判断する
ことを特徴とする触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記判断部は、前記触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しており、且つ、前記酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量と前記酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量とのうちの一方のみが算出完了しているとき、同算出完了している酸素吸蔵量に対応する前記触媒下流センサの応答性に基づき補正された酸素吸蔵量と前記閾値とを比較して前記触媒の劣化の有無を判断する請求項２記載の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記判断部は、前記触媒下流センサのリーン側への応答性とリッチ側への応答性との両方とも測定が完了しており、且つ、酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量と酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量との両方とも算出が完了しているとき、前記酸素吸蔵時に求めた酸素吸蔵量を前記触媒下流センサのリーン側への応答性に基づき補正した値と前記閾値とを比較するとともに、前記酸素脱離時に求めた酸素吸蔵量を前記触媒下流センサのリッチ側への応答性に基づき補正した値と前記閾値とを比較し、それらの比較に基づき前記触媒の劣化の有無を判断する請求項３記載の触媒劣化検出装置。
【国際調査報告】
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